Produkte der Metallurgie recyceln

Clausthal-Zellerfeld.  Ressourcensicherheit: Die TU Clausthal koordiniert ein neues DFG-Projekt.

Die häufigsten Abfallmaterialien während der Metallproduktion sind Schlacken.

Die häufigsten Abfallmaterialien während der Metallproduktion sind Schlacken.

Foto: TU Clausthal

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet für das Jahr 2021 ein neues Schwerpunktprogramm ein, das von der TU Bergakademie Freiberg und der Technischen Universität (TU) Clausthal koordiniert wird. „Maßgeschneiderte künstliche Minerale (EnAM) – Ein geometallurgisches Werkzeug zum Recycling kritischer Elemente aus Reststoffströmen“: So lautet der Name des neuen Schwerpunktprogramms.

Unter 49 eingereichten Initiativen wählte es die DFG mit 13 weiteren Programmen für die neue Förderperiode aus. Koordinator ist Professor Urs Peuker von der TU Bergakademie Freiberg, der von 2002 bis 2008 als Juniorprofessor an der TU Clausthal war. Co-Koordinatorin ist Professorin Ursula E. A. Fittschen vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der TU Clausthal.

„Während die Recyclingquoten für Kupfer, Stahl, Baustoffe, Glas oder Papier in Deutschland hoch sind, werden Technologieelemente – zum Beispiel das Hochtechnologie-Metall Tantal in Smartphones oder spezielle Materialien in der E-Mobilität – heute nur ansatzweise zurückgewonnen. Dabei steigt im Technologiesektor die Nachfrage nach kritischen Materialien oder Elementen“, informiert die Universität. Insbesondere in rohstoffarmen Ländern wie Deutschland stelle dies eine immer größer werdende Herausforderung dar.

Wissenschaftler aus Clausthal und Freiberg arbeiten nun in einem Netzwerk mit der RWTH Aachen, der TU Braunschweig und dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie im bewilligten Schwerpunktprogramm 2315 an einer neuen Lösung: die Aufbereitung und Wiederverwendung von Abfall- und Recyclingprodukten der Metallurgie durch Erzeugung und Separation künstlicher Erzminerale.

Blick auf Erdgeschichte

Zur Umsetzung der innovativen Idee blickte das interdisziplinäre Team zunächst in der Erdgeschichte zurück auf die Genese von Rohstofflagerstätten. Viele der heutigen Erze sind vor langer Zeit aus Magma kristallisiert. Dieses Prinzip der Kristallisation wenden die Forschenden an, um künstliche Erzminerale in metallurgischen Schlacken herzustellen, die dann durch Aufbereitungsprozesse aufkonzentriert werden können.

Die heißen Schlacken entstehen bei der Gewinnung von Metallen, zum Beispiel beim Einschmelzen von Elektronikschrott, und enthalten die Technologieelemente in gelöster Form. Wird die Schlacke abgekühlt, bilden sich Kristalle, die die Forschenden in ihrer Struktur und Art durch Änderungen der Abkühlungsgeschwindigkeit und Zugabe von Kristallbildnern wie Aluminium und Phosphor modifizieren können.

„Die Prozesse, die zur Bildung der künstlichen Minerale führen, grundsätzlich zu verstehen, ist ein Ziel der Arbeitsgruppen an der TU Clausthal. Die Forschung werde wesentlich dazu beitragen, wissensbasiert maßgeschneiderte Prozesse zur Rückgewinnung kritischer Elemente zu entwickeln“, so Professorin Fittschen. Diese sollen nach Aufkonzentration wieder zurück in den Wertstoffkreislauf geführt werden, ganz im Sinne einer Circular Economy, einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Das initiierte Schwerpunktprogramm ist ein erfolgreiches Resultat und nächster Schritt des Leitprojektes „EnAM Engineered Artificial Minerals“ des Forschungsfelds Rohstoffsicherung und Ressourceneffizienz der TU Clausthal. Mit diesen Leitprojekten initiiert und finanziert die TU Clausthal den Auftakt zu langfristigen strategischen Verbundvorhaben, die dem gemeinsamen Leitthema „Circular Economy“ im Grundlagenforschungsbereich dienen.

Überregionale Kooperation

Im genannten Projekt sind neben der Arbeitsgruppe von Professor Fittschen die Arbeitsgruppen der Professoren Alfred Weber, Daniel Goldmann, Michael Fischlschweiger, Rene Wilhelm, Andreas Schmidt, Jochen Strube, Andreas Rausch sowie Dr. Thomas Schirmer aktiv, die sich auch in das Schwerpunktprogramm mit einbringen werden.

Besonderes Kennzeichen eines solchen Schwerpunktprogramms ist laut TU die überregionale Kooperation der Teilnehmenden. Für insgesamt sechs Jahre würden fächer- und ortsübergreifende Projekte hoher Originalität und Qualität in Thematik oder Methodik gefördert.

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